LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS Dƣơng Ngọc Bình,
ngƣời hƣớng dẫn khoa học của luận văn đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong Bộ môn vật liệu kim loại
màu và compozit và các thầy cô giáo Viện Khoa Học và kĩ thuật Vật liệu, Viện Sau
Đại học - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã chỉ bảo và trang bị cho tôi nhiều
kiến thức quý báu trong thời gian qua.
Sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những ngƣời thân
đã tận tình góp ý và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2016
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Lâm Văn Đông
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng những điều đƣợc nêu ra trong luận văn thạc sĩ khoa
học "Nghiên cứu xử lý quặng sắt nâu chất lượng thấp bằng phương pháp thiêu"
là hoàn toàn đúng. Tất cả kết quả thu đƣợc từ luận văn đều là từ quá trình nghiên
cứu. Mọi tài liệu và sự trợ giúp thực hiện luận văn đều đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.
Khi viết bản luận văn này, tác giả có tham khảo và kế thừa một số kết quả
nghiên cứu của các tác giả đi trƣớc và sử dụng những thông tin số liệu từ các tạp
chí, sách, mạng internet … theo danh mục tham khảo.
Tác giả cam đoan không có sự sao chép nguyên văn từ bất kỳ luận văn nào
hay nhờ ngƣời khác viết. Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về cam đoan của
2.3. Hoàn nguyên sắt bằng cacbon................................................................ 20
CHƢƠNG 3 ................................................................................................. 25
CHUẨN BỊ MẪU, XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VẬT CHẤT MẪU VÀ THÍ
NGHIỆM TUYỂN TRỌNG LỰC QUẶNG SẮT LÀNG VINH – LÀNG CỌ . 25
3.1. Sơ lƣợc mỏ quặng sắt Làng Vinh – Làng Cọ ........................................... 25
3.1.1. Ví trí địa lý.......................................................................................... 25
3.1.2. Nguồn gốc mỏ sắt Làng Vinh - Làng Cọ .............................................. 26
3.2. Chuẩn bị mẫu và xác định thành phần vật chất ........................................ 30
3.2.1. Lấy mẫu và gia công mẫu .................................................................... 30
3.2.2. Công tác chuẩn bị, thiết bị thí nghiệm .................................................. 31
3.2.3. Kết quả xác định thành phần vật chất ................................................... 32
3.3. Tuyển trọng lực mẫu quặng đầu ............................................................. 38
3.3.1. Tuyển rửa ........................................................................................... 38
3.3.2. Tuyển trọng lực cấp hạt -5mm trên thiết bị bàn đãi ............................... 40
CHƢƠNG 4 ................................................................................................. 42
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP THIÊU TỪ HÓA MẪU ............................. 42
QUẶNG SẮT MỎ LÀNG VINH - LÀNG CỌ............................................... 42
4.1. Thiêu từ hoá quặng sắt nâu Làng Vinh – Làng Cọ ................................... 42
4.1.1. Xác định tỉ lệ trộn than ....................................................................... 44
4.1.2. Xác định nhiệt độ thiêu từ hoá ............................................................. 46
4.1.3. Thí nghiệm xác định thời gian thiêu từ hóa ........................................... 48
4.2. Thí nghiệm tuyển sơ đồ .......................................................................... 53
4.2.1. Sơ đồ tuyển rửa, tuyển bàn đãi kết hợp với thiêu từ hoá- tuyển từ. ......... 53
4.2.2. Sơ đồ tuyển rửa kết hợp với thiêu từ hoá- tuyển từ. ............................... 54
4.3. Đề xuất công nghệ tuyển quặng sắt Làng Vinh – Làng Cọ ....................... 56
4.3.1. Sơ đồ đề nghị và các chỉ tiêu dự kiến.................................................... 57
4.4. Phƣơng án công nghệ tuyển .................................................................... 59
4.4.1. Mô tả lƣu trình công nghệ tuyển........................................................... 59
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ nhà máy tuyển quặng limonit Lisakovsky- Kazakhstan .7
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ nhà máy tuyển quặng sắt Trại Cau.................................. 15
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ xƣởng đập mỏ sắt Quý Xa ............................................... 16
Hình 1.4. Sơ đồ công nghệ xƣởng tuyển rửa mỏ sắt Quý Xa ..................................... 17
Hình 2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến cân bằng của phản ứng hoàn nguyên sắt oxit
............................................................................................................................................. 21
Hình 2.2. Thành phần cân bằng của pha khí khi hoàn nguyên sắt bằng Cacbon ..... 23
Hình 3.1. Sơ đồ gia công mẫu quặng mỏ sắt Làng Vinh- Làng Cọ ........................... 31
Hình 3.2. Sơ đồ gia công mẫu thành phần độ hạt quặng mỏ sắt Làng Vinh, Làng Cọ
............................................................................................................................................. 33
Hình 3.3. Biểu đồ thành phần cỡ hạt .............................................................................. 34
Hình 3.4. Ảnh 1 chụp lát mỏng phân tích trên kính hiển vi ........................................ 36
Hình 3.5. Ảnh 2 chụp lát mỏng phân tích trên kính hiển vi ........................................ 37
Hình 3.6. Ảnh 3 chụp lát mỏng phân tích trên kính hiển vi ........................................ 37
Hình 3.7. Sơ đồ thí nghiệm tuyển rửa mẫu đầu ............................................................ 39
Hình 3.8. Sơ đồ nghiền tuyển trên thiết bị bàn đãi cấp hạt -1mm và -0,5mm .......... 40
Hình 4.1. Sơ đồ thí nghiệm thiêu từ hóa và tuyển từ ................................................... 44
Hình 4.2. Biểu đồ thu hoạch, thực thu và hàm lƣợng quặng tinh theo tỉ lệ trộn than
............................................................................................................................................. 46
Hình 4.3. Biểu đồ thu hoạch, thực thu và hàm lƣợng quặng tinh sắt ......................... 48
Hình 4.4. Biểu đồ thu hoạch,thực thu và hàm lƣợng quặng tinh ................................ 49
Hình 4.5. Biểu đồ tỉ lệ thực thu và hàm lƣợng các cỡ hạt ........................................... 52
Hình 4.6. Sơ đồ thí nghiệm tuyển sơ đồ 1 ..................................................................... 53
Hình 4.7. Sơ đồ thí nghiệm tuyển sơ đồ 2 ..................................................................... 55
Hình 4.8. Sơ đồ công nghệ tuyển quặng sắt Làng Vinh – Làng Cọ........................... 58
Hình 4.9. Sơ đồ dây chuyền tuyển quặng sắt Làng Vinh- Làng Cọ.......................... 61
MỞ ĐẦU
nghiên cứu nhằm đƣa ra phƣơng án phù hợp để xử lý quặng, tận thu tài nguyên là
hết sức cấp bách và có ý nghĩa thực tiễn.
Để giải quyết vấn đề trên, tác giả đã lựa chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu
xử lý quặng sắt nâu chất lƣợng thấp bằng phƣơng pháp thiêu”
2
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TUYỂN QUẶNG SẮT NÂU
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1.
Tổng quan về quặng sắt
Quặng sắt đƣợc tạo thành trong nhiều bối cảnh địa chất khác nhau với 7 kiểu
nguồn gốc: magma, skarn, nhiệt dịch, trầm tích, trầm tích - phun trào bị biến chất,
biến chất và phong hoá. Trong đó các mỏ quặng sắt có nguốn gốc skarn, nhiệt dịch
và phong hoá có giá trị kinh tế và đang là đối tƣợng đƣợc khai thác chủ yếu.
Nguyên tố sắt (Fe) có hàm lƣợng trung bình trong vỏ trái đất là 4,2%. Có
khoảng 300 khoáng vật chứa sắt, tuy nhiên chỉ có một số nhỏ các khoáng vật trong
đó có giá trị kinh tế (bảng 1.1).
Trữ lƣợng sắt trên toàn thế giới đã biết rõ là khoảng hơn 200 tỉ tấn. Quặng
sắt không có thành phần hoá học nhất định, tính chất hoá lý ở các phần của nó
không giống nhau. Trên thực tế, quặng sắt là một tập hợp có tính chất cơ học một số
khoáng vật.
Theo đặc điểm khoáng vật có thể phân loại quặng sắt thành các nhóm:
48,3
Độ cứng Mohr
5 ÷ 6,5
5 ÷ 6,5
5,6 ÷ 6,5
4
5 ÷ 5,5
5,5 ÷ 6,5
3,5 ÷ 4,5
Khối lƣợng
riêng (g/cm3)
4,9 ÷ 5,3
4,0 ÷ 4,4
3,3 ÷ 4,6
Bảng 1.2. Thành phần yêu cầu của quặng tinh sắt
Thành phần
Fe
S
P
SiO2
Al 2O3
Mg
Hàm lƣợng (%) >58
1.2.
yếu và kích thƣớc quặng xâm nhiễm đủ lớn, sẽ có hiệu quả kinh tế
hơn so với sử dụng phƣơng pháp tuyển từ, thiêu từ hóa hay tuyển từ
có cƣờng độ từ trƣờng cao.
Vít đứng: Có thể sử dụng vít đứng thay thế bàn đãi khi tuyển cấp hạt
nhỏ. Vít đứng có các chỉ tiêu tuyển tƣơng tự nhƣ bàn đãi nhƣng vốn
đầu tƣ, chi phí sản xuất thấp và vận hành đơn giản hơn.
Tuyển trong môi trường nặng: Đƣợc sử dụng có hiệu quả khi tuyển
quặng sắt có độ xâm nhiễm thô và độ hạt lớn hơn 5mm. Thông thƣờng
phƣơng pháp tuyển này đƣợc sử dụng kết hợp với các phƣơng pháp
tuyển khác để xử lý cấp hạt nhỏ.
Tuyển nổi: Phƣơng pháp tuyển nổi sử dụng để tuyển quặng sắt nghèo có độ
hạt xâm nhiễm mịn sau khi đã đƣợc nghiền để giải phóng khoáng vật sắt
khỏi các kết hạch. Cũng đƣợc sử dụng để thu hồi hematit và khoáng vật sắt
trong đuôi thải tuyển rửa hoặc tuyển trọng lực.
Các phương pháp tuyển kết hợp: Thông thƣờng quặng sắt là quặng hỗn hợp
do đó thƣờng sử dụng các phƣơng pháp tuyển kết hợp với nhau. Thứ tự các
phƣơng pháp tuyển phụ thuộc vào thành phần vật chất và cấu tạo của quặng.
1.2.2. Một số sơ đồ công nghệ tuyển quặng sắt nâu điển hình trên thế giới
1.2.2.1. Các nhà máy tuyển quặng sắt nâu điển hình
* Công nghệ tuyển quặng sắt Limonit Lisakovsky – Kazakhstan.
6
Mỏ sắt Lisakovsky có trữ lƣợng 3 tỉ tấn, thuộc điều hành của công ty Orken
LLP, một công ty con của Ispat Karmet và Tập đoàn LNM. Nhà máy tuyển có năng
suất 900.000 tấn quặng tinh/năm, quặng đầu vào thuộc dạng từ tính yếu chủ yếu là
limonit, gơtit…, với hàm lƣợng Fe = 35 ÷ 38%. Công nghệ đƣợc áp dụng là tuyển
rửa, tuyển từ, thu đƣợc quặng tinh ban đầu có hàm lƣợng: Fe = 48÷50%; Si =
10÷12%; Al2O3 = 4÷5%; P = 0,6÷0,8%, hàm lƣợng phốt pho rất cao, cao hơn 10÷20
máy tuyển tại Hà Nam – Trung Quốc đƣợc thể hiện trên hình 1.2 [4].
Quặng đầu vào
- Công nghệ thiêu từ hóa - tuyển từ đƣợc áp dung nghiên cứu đối với mẫu
quặng sắt limonit tại tỉnh Vân Nam - Trung Quốc. Quặng ban đầu có hàm lƣợng sắt
đạt 25,48%. Thí nghiệm thiêu từ hóa đƣợc thực hiện ở nhiệt độ 750 0C, thời gian
thiêu 90 phút, tỉ lệ trộn than 7,5%. Mẫu sau nung đƣợc nghiền đến 73% cỡ hạt 0,075mm sau đó tuyển từ thu đƣợc quặng tinh có hàm lƣợng sắt đạt 51,13% với thu
hồi đạt trên 85% [12].
Tóm lại, công nghệ tuyển quặng sắt trên thế giới rất đa dạng. Tuỳ thuộc vào
tính chất nguồn quặng đầu vào, quặng nhiễm từ tính mạnh, từ tính yếu, độ xâm
9
nhiễm, nguồn gốc hình thành, hàm lƣợng sắt trong quặng… để lựa chọn sơ đồ công
nghệ tuyển hợp lý.
1.3.
Tài nguyên, khai thác và tuyển quặng sắt nâu của Việt Nam
1.3.1. Sơ lƣợc về tài nguyên quặng sắt
Kết quả của các dạng công tác đo vẽ lập bản đồ địa chất, tìm kiếm, đánh giá
và thăm dò quặng sắt Việt Nam cho đến nay đã ghi nhận đƣợc 216 mỏ và điểm
quặng sắt. Các mỏ và điểm quặng sắt có quy mô và chất lƣợng rất khác nhau, đồng
thời mức độ điều tra thăm dò địa chất cho từng mỏ, điểm quặng cũng rất khác nhau.
Về quy mô mỏ: Trong số 216 mỏ và điểm quặng, có 16 mỏ đạt trữ lƣợng trên
1 triệu tấn, trong đó 2 mỏ lớn là mỏ Thạch Khê trữ lƣợng 544 triệu tấn và mỏ Quý
Xa có trữ lƣợng 112,35 triệu tấn.
Theo tài liệu hiện có, tổng trữ lƣợng dự báo của quặng sắt là 1,2 tỷ tấn.
Trong đó, tổng trữ lƣợng và tài nguyên là 757 triệu tấn bao gồm: 563 triệu tấn cấp
trữ lƣợng và 194 triệu tấn cấp tài nguyên .
Về chất lượng quặng: Thành phần quặng chủ yếu là magnetit với trữ lƣợng
589,40 triệu tấn. Quặng limonit là 167,83 triệu tấn. Hàm lƣợng sắt thay đổi từ 23%
Quảng Trị). Quặng phân bố trong hệ tầng Yên Duyệt và Cam Lộ tuổi Permi
muộn. Loại quặng này thƣờng chất lƣợng thấp, quy mô không đáng kể và
không có giá trị công nghiệp.
Quặng sắt có nguồn gốc trầm tích biến chất có diện tích phân bố của các đá
biến chất tiền Cambri khá rộng rãi ở Việt Nam, nhƣng ít gặp các mỏ quặng
sắt có nguồn gốc trầm tích biến chất điển hình. Có thể xếp điểm quặng sắt
vùng Xóm Giƣờng (Phú Thọ) vào nhóm mỏ có nguồn gốc trầm tích biến
chất này. Quặng sắt nhóm này ở Việt Nam có hàm lƣợng không cao, tạo
thành các vỉa có quy mô không lớn. Trong khi đó, trên thế giới, hầu hết trữ
lƣợng quặng sắt có nguồn gốc này.
Quặng sắt có nguồn gốc phong hoá là quặng limonit có nguồn gốc phong
hoá từ các mạch quặng giàu sulfur có ở một số nơi; loại phong hoá từ siđerit
có ở mỏ Bản Phắng và một số điểm quặng phân bố ở vùng Quảng Ninh, Hải
Phòng. Ngoài ra, trên lãnh thổ Việt Nam còn nhiều vùng phát triển laterit sắt
có quy mô khác nhau.
Quặng sắt chưa rõ nguồn gốc: Bao gồm nhiều điểm quặng limonit quy mô
khác nhau nhƣ Mộ Đức (Quảng Ngãi) và đáng kể nhất là mỏ sắt Quý Xa
(Lào Cai).
11
Dựa theo thành phần khoáng vật, quặng sắt của Việt Nam đƣợc phân chia
thành hai loại chủ yếu sau đây:
Quặng magnetit phân bố chủ yếu trong các mỏ quặng sắt có nguồn gốc
skarn nhƣ mỏ Thạch Khê (tỉnh Hà Tĩnh) và nhóm mỏ của tỉnh Cao Bằng; có
nguồn gốc nhiệt dịch nhƣ mỏ Tùng Bá (tỉnh Hà Giang), mỏ Làng Mỵ huyện
Hƣng Khánh (tỉnh Yên Bái), một số thân quặng thuộc mỏ Trại Cau (tỉnh
Thái Nguyên) … Quặng magnetit thƣờng có hàm lƣợng sắt cao.
Quặng limonit (sắt nâu) gồm limonit, gơtit và hydrogơtit, phân bố chủ yếu
Mỏ sắt Tiến Bộ với trữ lƣợng quặng gốc khoảng 19 triệu tấn, khoáng vật chủ
yếu là limonit, gơtit,…hàm lƣợng sắt từ 48÷50%, đƣợc đƣa vào khai thác từ năm
2014 với công suất 300.000 tấn quặng tinh/năm. Công nghệ áp dụng là công nghệ
tuyển rửa. Quặng tinh thu đƣợc có hàm lƣợng sắt 53÷54%, cung cấp cho nhà máy
gang thép Thái Nguyên.
Ngoài ra tại Thái Nguyên còn hàng chục điểm khai thác nhỏ đƣợc cấp phép
hoặc khai thác tự do đều đƣợc thu gom quặng tinh để xuất khẩu tiểu ngạch.
Tại Lào Cai: Trên địa bàn Lào Cai đã phát hiện đƣợc 5 mỏ và 10 điểm
quặng sắt với tổng trữ lƣợng khoảng 146,3 triệu tấn, trong đó sắt nâu khoảng trên
130 triệu tấn (bao gồm các mỏ Quý Xa, Làng Vinh, Làng Cọ, ...) và trên 15 triệu tấn
quặng magnetit và hỗn hợp magnetit – hematit (Làng Lếch, Kíp Tƣớc, ...). Thống
kê các mỏ sắt chính trên địa bàn tỉnh Lào Cai đƣợc thể hiện trong bảng 1.3.
Trong các mỏ trên, mỏ Quý Xa với đặc điểm là loại quặng sắt nâu, chủ yếu
là limonit, có hàm lƣợng Fe trung bình từ 46÷52%, tạp chất có hại thấp, từ tính yếu,
trữ lƣợng lớn nên đã đƣợc đầu tƣ khai thác quy mô công nghiệp 1,5 triệu tấn/năm.
Công ty Khoáng sản Lào Cai, Công ty Khoáng sản III và một số doanh
nghiệp tƣ nhân đang khai thác tận thu quặng limonit hàm lƣợng cao của mỏ Làng
Vinh và Làng Cọ với công suất 10.000 tấn/năm.
Bảng 1.3. Các mỏ sắt chính tỉnh Lào Cai
TT
Tên mỏ
Địa điểm (xã, huyện)
Đặc điểm quặng
1
Quý Xa
Cam Đƣờng, TP.Lào Cai
hematit-magnetit
6
Thẩm Dƣơng
Xã Dân Thàng, huyện Văn Bàn
limonit
13
Xã Minh Lƣơng, huyện Văn
7
Taxi
8
Làng Én
Xã Khánh Yên, huyện Văn Bàn
limonit
loại quặng đƣợc tuyển riêng biệt, hàm lƣợng sắt của quặng tinh limonit sau tuyển
đạt khoảng 54%, hàm lƣợng quặng tinh magnetit sau tuyển đạt trên 60%. Sơ đồ
công nghệ nhà máy tuyển quặng sắt Trại Cau thể hiện trên hình 1.2
14
Quặng NK
Sàng song a=150mm
Đập hàm thô
Sàng quay to
Đập hàm trung
Máy RCV 1
Máy RCV 2
Sàng quay nhỏ
Phân cấp RX
Sàng rung 8&30mm
Phân cấp RX
Đập trục răng
TQ 8mm
Cấp liệu rung
Máy đập trục răng
Sàng phân cấp 1
Máy đập trục răng
Sàng phân cấp 2
Quặng tinh 10÷50mm
Quặng tinh 0÷10mm
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ xƣởng đập mỏ sắt Quý Xa
16
Quặng nguyên khai
Sàng song
Sàng rung
Máy đập
Máy rửa cánh vuông
Máy phân cấp ruột xoắn
Quặng đuôi
Quặng tinh
Hình 1.4. Sơ đồ công nghệ xƣởng tuyển rửa mỏ sắt Quý Xa
1.3.3.3. Các nghiên cứu công nghệ thiêu từ hóa quặng sắt limonit tại Việt Nam
- Kết quả nghiên cứu thiêu từ hóa mẫu quặng sắt laterit Tây Nguyên chất
quặng sắt trên thế giới, đều nghiền giải phóng kết hạt, kết hợp phƣơng pháp tuyển
trọng lực và tuyển từ, tuy nhiên do phần lớn mỏ sắt của Việt Nam có trữ lƣợng thấp,
hàm lƣợng thấp nên việc đầu tƣ xƣởng rất manh mún, chủ yếu tuyển tận thu dẫn
đến thất thoát tài nguyên lớn.
Đối với quặng sắt nâu, tập trung chủ yếu ở khu vực Văn Bàn – Lào Cai với
trữ lƣợng khoảng 140 triệu tấn (tổng trữ lƣợng cả nƣớc khoảng 167 triệu tấn) tuy
nhiên trong nƣớc chƣa có công nghệ tuyển hoàn thiện. Hiện tại công nghệ tuyển áp
dụng tại các nhà máy rất đơn giản, phần lớn chỉ mới giải quyết khâu tuyển rửa và
phân cấp cỡ hạt. Các xƣởng cũng chỉ đầu tƣ khai thác các vỉa có hàm lƣợng sắt từ
46÷52% trở lên, chƣa tận thu triệt để lƣợng sắt trong đuôi thải dẫn đến thất thoát lớn
tài nguyên.
Mỏ sắt Làng Vinh – Làng Cọ cũng thuộc khu vực Văn Bàn, có trữ lƣợng sắt
nâu khoảng 20 triệu tấn, hàm lƣợng sắt thấp 30÷45%. Trong nƣớc chƣa có công
nghệ tuyển loại quặng này. Vì vậy mục tiêu của đề tài là nghiên cứu công nghệ chế
biến nguồn quặng sắt nâu chất lƣợng thấp để thu đƣợc quặng tinh có hàm lƣợng trên
50% sắt cung cấp cho các nhà máy luyện kim, làm nguyên liệu phối trộn cho lò cao;
kết quả của đề tài có thể áp dụng cho nhiều mỏ khác để sử dụng hiệu quả tối đa
nguồn khoáng sản sắt của đất nƣớc, tận thu tài nguyên.
18
CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIÊU TỪ HÓA
Bản chất của quá trình thiêu từ hóa quặng sắt nâu là quá trình hoàn nguyên
không triệt để oxit sắt trong quặng. Quặng sắt nâu với thành phần chủ yếu là
Fe2O3 không từ, ngậm nƣớc đƣợc hoàn nguyên thành dạng Fe 3O4 từ tính để có thể
xử lý bằng phƣơng pháp tuyển từ
2.1.
Phản ứng cháy không hoàn toàn
(2)
C+
1
O2 = CO
2
Phản ứng cháy tiếp
19
Ho248(2) = -223431J
Copyright: Tài liệu đại học ©